JPH0432297A - 多層配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多層配線基板及びその製造方法に関する。

〔従来の技術とその課題〕

混成集積回路等に用いられる回路基板として、所定の導
体パターンが形成されたセラミックシートを複数枚積層
して一体焼成した多層配線基板が知られている。この多
層配線基板では、内部に内部配線が形成されており、ま
た表面に表面配線が形成されている。

多層配線基板では、内部配線及び表面配線用の導体材料
として、一般にタングステン系やモリブデン系のものが
用いられている。ところが、タンゲステン系やモリブデ
ン系の導体材料は、配線抵抗が高い、また、焼成温度が
高く、酸化雰囲気中で焼成することができない、そこで
、導体材料として、配線の抵抗が小さい銀系や銅系のも
のが用いられつつある。しかし、銀系の導体材料は、マ
イグレーションを起こしやすいため、高密度の表面配線
を実現するのが困難である。一方、銅系の導体材料は、
マイグレーションを起こしにくいために高密度の表面配
線を容易に実現できるものの、内部配線用の材料として
用いたときに脱バインダー条件の設定が困難であり、焼
成後の基板の品質が悪化しやすい。

特開昭６２−２６５７９６号公報には、このような銀系
及び銅系の導体材料の特性を考慮して、内部配線を銀系
の導体材料を用いて形成し、表面配線を銅系Φ導体材料
を用いて形成したセラミック多層配線基板が示されてい
る。この多層配線基板では、内部配線のみが形成された
基板を形成し、その後基板に表面配線を形成し、両者を
銅系の導体材料を用いて接合させることにより回路を構
成している。

ところが、銅系の導体材料と銀系の導体材料とは約７８
０℃で共晶してしまう、このため、内部配線と表面配線
との接合時に銅系の導体材料の焼成温度が７８０°Ｃを
超えると、両者の接合部分の配線パターン形状が崩れ、
接触不良や断線等が起こりやすい、そこで、前記公報に
は、このような表面配線と内部配線との接合手段として
、次のような構成が開示されている。

■銅系材料として、６００°Ｃ程度の低い焼成温度のも
のを用いる構成。

■表面配線と内部配線とをメツキ層を介して接合する構
成。

前記■の構成では、表面配線の表面側に銅系材料中に含
まれる低軟化性ガラス成分によるガラスリッチ層が形成
されるため、表面配線のはんだヌレ性が良好ではない、
このため、表面配線上に電子部品を配置するときに固定
不良が生じやすい。

また、焼成温度が低い銅系の導体材料を用いると、高温
焼成が必要な抵抗材料（たとえばＲｕ５ｔ系の抵抗材料
）からなる抵抗体膜を基板上に配置できない。

前記■の方法では、メツキ層を設ける手間が必要となり
、多層配線基板がコスト高になる。また、メツキ材料と
して銅系及び銀系のシ１ずれの導体材料とも反応しない
ものを選択する必要がある。

したがって、前記公報に記載の技術では、信頼性の高い
安価な多層配線基板は得にくい。

第１の発明の目的は、高密度の表面配線を有し、しかも
信頼性の高い安価な多層配線基板を提供することにある
。

第２の発明の目的は、高密度の表面配線を有し、しかも
信頼性の高い安価な多層配線基板を製造するための方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明に係る多層配線基板は、複数のセラミック層
を積層してなる基板本体と、基板本体内に形成されかつ
基板本体の主面に露出部を有する銀系材料からなる内部
配線と、基板本体の主面に配置された表面配線と、内部
配線と表面配線とを接続する接続用導体とを備えている
。この多層配線基板は、表面配線が銅と銀との共晶点以
上の温度で焼成可能な銅系材料からなり、接続用導体が
銅と銀との共晶点未満の温度で焼成可能な銅系材料から
なり露出部の全体を被覆していることを特徴としている
。

第２の発明に係る多層配線基板の製造方法は、次の工程
を含んでいる。

■銀系材料からなる内部配線を有しかつ主面に内部配線
の露出部を有する、セラミック積層基板本体を形成する
工程。

◎基板本体の主面に、銅と銀との共晶点以上の温度で焼
成可能な銅系材料を用いて表面配線を形成する工程。

◎内部配線の露出部全体を被覆しかつ露出部と表面配線
との間を接続するよう、銅と銀との共晶点未満の温度で
焼成可能な銅系材料からなる接続用導体を形成する工程
。

〔作用〕

第１の発明に係る多層配線基板は、内部配線の露出部の
全体が接続用導体により被覆されている。

しかも、接続用導体は上述の銅系材料からなるため、従
来例のような内部配線と接続用導体との接合部分の配線
パターン形状の崩れは起こりにくい。

このため、本発明によれば、表面配線のマイグレーショ
ンや接合部分の接続不良や断線を防止でき、信転性の高
い高密度の表面配線を有する多層配線基板が実現できる
。また、表面配線は、銅と銀との共晶点以上の温度で焼
成可能な銅系材料からなるため、はんだヌレ性が良好で
ある。このため、本発明では、基板に配置される電子部
品等との接続不良が生じにくい、信転性の高い多層配線
基板が実現できる。

第２の発明に係る多層配線基板の製造方法では、表面配
線のはんだヌレ性が良好なため、電子部品等との接続不
良が起こりにくい、信鮎性の高い多層配線基板が製造で
きる。また、本発明では、接続用導体により内部配線の
露出部全体を被覆し、また接続用導体を上述の銅系材料
により構成しているため、表面配線のマイグレーション
や内部配線と接続用導体との接合部分の接続不良や断線
を防止でき、信転性の高い高密度の表面配線を有する多
層配線基板が製造できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例に係る多層配線基板の縦断
面部分図である。図において、多層配線基板ｌは、基板
本体２と、内部配線３と、表面配線４と、接続用導体５
とから構成されている。

基板本体２は、例えば３枚のセラミックグリーンシート
を積層して一体焼成することにより得られた一体化した
シート２ａ、２ｂ、　　２ｃから構成されている。各セ
ラミックグリーンシートを構成するセラミック材料は、
後述する内部配線３の銀系材料の融点以下で焼成できる
ものであればガラス複合系または結晶化ガラス系のいず
れの材料が用いられてもよい、ガラス複合系のセラミッ
ク材料としては、硼珪酸ガラス形成物質に修飾物質（た
とええばＭｇＯ，Ｃａｂ、Ａｌｘ　Ｏｘ　、ＰｂＯ１Ｋ
、　０、Ｎａ、０１ＺｎＯ１ｉ、ｉ、ｏ等）を加えたガ
ラス粉末と、アルミナ、石英等のセラミック粉末との混
合物を原料とするものを例示できる。また、結晶化ガラ
ス系のセラミック材料としては、コージェライト系、α
スボジュメン系等の結晶化するガラス粉末からなるもの
を例示できる。

内部配線３は、シート２ａ、２ｂ間、及びシー）２ｂ、
２ｅの間に所定のパターンで形成されている。各内部配
線３は、スルーホール６を通じて基板本体２の表面に延
びており、その先端が基板本体２の図上面及び図下面で
電極３ａを形成している。内部配線３は、銀系の導体材
料を用いて構成されている。銀系の導体材料としては、
たとえば、銀、銀−パラジウム、銀−白金、銀−パラジ
ウム−白金等の導体材料が用いられる。

表面配線４は、基板本体２の少なくとも一方の主面（図
では両生面）に所定の高密度パターンで形成されている
０表面配線４は、内部配置ｉ３の露出部である電極３ａ
から間隔を隔てて配置されており、電極３ａと直接接触
しないようになっている０表面配ｖＡ４は、銅と銀との
共晶点よりも高温での焼成に適した銅系の導体材料によ
り構成されている。このような銅系の導体材料としては
、デュポン社製の銅厚膜導体＃９１５３が例示できる。

接続用導体５は、内部配線３の電極３ａと表面配線４と
の間に配置されており、両者を接続している。接続用導
体５は、電極３ａの表面全体を被覆しており、電極３ａ
を完全に覆うよう、その端部と電極３ａの端部との間隔
Ｘが０．１■以上となるように設定されている。接続用
導体５は、銅と銀との共晶点未満の温度での焼成に適し
た銅系の導体材料を用いて構成されている。このような
銅系の導体材料としては、銅の粒径が小さく（平均粒径
１ｕｍ程度）かつ低軟化点のガラス成分を多く含むもの
が用いられる。また、銅系の導体材料は、内部配線３の
熱膨張率と同等もしくはそれ以下の熱膨張率の接続用導
体５を構成できるものが望ましい、接続用導体５の熱膨
張率が内部配線３の熱膨張率よりも大きい場合は、基板
本体２に熱衝撃が加わったときに、内部配線３の電極３
ａが基板本体２から剥がれやすく、また接続用導体５が
内部配線３から剥がれやすい、なお、上述の銅系の導体
材料の条件を満たすものとして、デュポン社製の銅厚膜
導体＃６００１が例示できる。

前記多層配線基板ｌでは、マイグレーションを起こしや
すい内部配線３の電極部３ａがマイグレーションを起こ
しにくい銅系の導体材料からなる接続用導体５により被
覆されているため、表面配線の高密度化が実現できる。

前記多層配線基板１は、たとえば混成集積回路用の基板
として用いられる。この場合、多層配線基板ｌの部位へ
の表面配線４．４間にたとえば抵抗７が配置される。抵
抗７は、ＲｕＯ□系、５ｎ０８系、ＬａＢ、系、珪化タ
ンタル系、及び金属タンタル系等の抵抗材料の焼成体か
らなり、表面がオーバーコートガラス８により被覆され
ている。

また、多層配線基板１上の表面配線４の所定部位には、
チップコンデンサ等の電子部品がはんだ付けにより配置
される（図示せず）、ここで、電子部品は、表面配線４
が上述のような銅系材料がらなりはんだヌレ性が良好な
ため、表面配線４上に良好に固定される。

次に、前記多層配線基板ｌの製造方法について説明する
。

多層配線基板１の製造では、まず基板本体２を形成する
。基板本体２は、セラミックグリーンシートを積層して
一体焼成することにより得られる。

なお、内部配ｗＡ３は、有機バインダーを含有する上述
の導体材料のペーストをあらかじめ各セラミックグリー
ンシートの表面及び各セラミックグリーンシートに設け
られたスルーホール内に印刷または充填し、このセラミ
ックグリーンシートを熱圧着後基板本体２と同時に焼成
することにより形成される。

次に、基板本体２の表面に表面配線４を形成する。表面
配線４は、有機バインダーを用いた上述の銅系の導体材
料のペーストを所定の高密度パターンで基板本体２上に
印刷し、これを焼成することにより形成される。なお、
ペーストの焼成は、窒素雰囲気中で、銅と銀との共晶点
（約７８０℃）以上の温度（たとえば９００°Ｃ）で行
われる。

次に、必要に応じて基板本体２の部位Ａに抵抗７を配置
する。抵抗７は、上述の抵抗材料のペーストを部位Ａに
配置し、これをたとえば窒素雰囲気下で９００°Ｃで焼
成することにより形成される。

なお、ここでは、表面配線４が高温で焼成可能な材料に
より形成されているため、抵抗材料の焼成時に表面配［
４が悪影響を受けることがない。

次に、基板本体２上に接続用導体５を配置する。

接続用導体５は、銀と銅との共晶点未満の温度で焼成可
能な銅系の導体材料のペーストを基板本体２の所定部位
に印刷し、これを窒素雰囲気下で銅と銀との共晶点未満
の温度（たとえば６００°Ｃ）で焼成することにより形
成される。なお、ペーストの印刷は、電極３ａの全体が
被覆されるように行う。

〔実験例〕

生又■且羞ｌス菫班 Ｓ　ｉｏ、　、Ａ１．Ｏ，、ＺｎＯ，ＭｇＯを主成分と
する結晶化ガラス粉末７０重量％とアルミナ粉末３０重
量％とからなるガラスセラミック混合粉末と、トルエン
と、アクリル系樹脂と、ジブチルフタレートとを充分に
混練してスラリーを作成し、このスラリーからドクター
ブレード法によりグリーンシートを作成した。このグリ
ーンシートの所定部位にスルーホールを形成した後、銀
粉末にエチルセルロースと２．２．４−）リメチル１．
３−ベンタンジオールモノイソブチレート（ＭＩＢＥ）
とを含む有機ビヒクルを加えて混練した銀ペーストを用
いて所定の内部配線パターンを印刷し、またスルーホー
ルに銀ペーストを充填した。そして、グリーンシートを
積層し、７０’Ｃ。

１００　ｋｇ／ｃｄの条件で熱圧着して一体化した。

体化したグリーンシートを、酸化雰囲気のベルト炉内で
、ピーク温度９００　”Ｃで３０分間焼成し、多層基板
を得た。

得られた多層基板の表面にデュポン社製銅ペースト＃９
１５３により表面配線パターンを印刷し、これをピーク
温度９００°Ｃで１０分間焼成して表面配線を形成した
。

次に、表面配線の所定部位にＬａＢ、系抵抗べ−ストを
印刷し、これを窒素雰囲気下、９００　”Ｃで１０分間
焼成することにより抵抗体を形成した。

次に、多層基板の表面に露出している内部配線の露出部
全体と表面配線の所定部位との間にデュポン社製銅ペー
スｌ−＃６００１を印刷・塗布し、これを窒素雰囲気下
、ピーク温度６００“Ｃで１０分間焼成することにより
露出部と表面配線とを接続し、多層配線基板を得た。

几−較３！リ− 銅ベース１〜に代えて銀−パラジウムペースト（パラジ
ウム含量２０％）による表面配線と接続用導体とを備え
た多層配線基板を製造した。

試基− 実験例及び比較例で得られた各多層配線基板について、
表面配線間のマイグレーション性を試験した。試験は、
表面配線間に水滴を落とし、配線間に５■の直流電圧を
印加したときに１００μへの電流が流れるまでの時間（
マイグレーションするまでの時間）と配線間の距離との
関係を調べることにより行った。結果を第２図に示す。

第２図から、銀−パラジウムペーストを用いた多層配線
基板では、４秒以上の耐マイグレーション性を保つため
には、配線間隔を約３００μｍ以上に設定する必要があ
ることがわかる。これに対し、銅ペーストを用いた場合
では、４秒以上の耐マイグレーション性を保つためには
、配線間隔を１００μｍ程度に設定すればよいことがわ
かる。

このことから、銅ペーストを用いた本発明に係る実験例
は、比較例に比べて配線密度を３４Ｂ程度高くできるこ
とがわかる。

〔発明の効果〕

第１の発明では、表面配線と接続用導体に上述のような
銅系材料を用い、また接続用導体が内部配線の露出部の
全体を被覆している。このため、本発明によれば、高密
度の表面配線を有し、しかも信顛性の高い安価な多層配
線基板が実現できる。

第２の発明では、表面配線と接続用導体とに１−述のよ
うな銅系材料を用い、また接続用導体が内部配線の露出
部全体を被覆するようにしている。

このため、本発明に係る製造方法によれば、高密度の表
面配線を有し、しかも信顛性の高い安価な多層配線基板
が製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面部分図、第２図は本
発明の実験例及び比較例のマイグレーション特性を示す
グラフである。 ２・・・基板本体、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・シート、３
・・・内部配線、３ａ・・・電極、４・・・表面配線、
５・・・接続用導体。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のセラミック層を積層して基板本体と、前記
   基板本体内に形成されかつ前記基板本体の主面に露出部
   を有する銀系材料からなる内部配線と、前記基板本体の
   主面に配置された表面配線と、前記内部配線と前記表面
   配線とを接続する接続用導体とを備えた多層配線基板に
   おいて、 前記表面配線は銅と銀との共晶点以上の温度で焼成可能
   な銅系材料からなり、前記接続用導体は前記共晶点未満
   の温度で焼成可能な銅系材料からなり前記露出部の全体
   を被覆していることを特徴とする多層配線基板。
2. （２）銀系材料からなる内部配線を有しかつ主面に前記
   内部配線の露出部を有する、セラミック積層基板本体を
   形成する工程と、 前記基板本体の主面に、銅と銀との共晶点以上の温度で
   焼成可能な銅系材料を用いて表面配線を形成する工程と
   、 前記内部配線の露出部全体を被覆しかつ前記露出部と前
   記表面配線との間を接続するよう、銅と銀との共晶点未
   満の温度で焼成可能な銅系材料からなる接続用導体を形
   成する工程と、 を含む多層配線基板の製造方法。